基于Phase-Refining技术的微波宽带频率合成器

为改善宽带频率合成器的相位噪声,提出一种基于Phase-Refining技术的微波宽带频率合成器结构与一种对其相位噪声的准确分析方法。首先,根据线性传递函数与叠加原理得到该频率合成器的相位噪声解析模型,通过对振荡器实测相位噪声谱型进行曲线拟合并带入模型中来准确预测其相位噪声性能。分析表明,在级联偏置锁相环中,整个输出频率范围内都可通过将反馈分频比最小化来改善其环路带宽内的相位噪声。实验结果表明,该频率合成器的输出频率范围为2.1~5.6 GHz,频率步进为1 Hz,当输出为2.1 GHz与5.6 GHz时,在频偏10 kHz处的相位噪声分别为-114.7 dBc/Hz与-108.2 dBc/Hz,其相位噪声测试结果与分析计算结果相吻合。     

一种2.4-GHz全集成双环路频率综合器的设计

根据不同锁相环频率综合器架构各自的优缺点,选择了双环路锁相环结构以获得低相位噪声和快速锁定时间。采用0.18μm CMOS工艺设计了一款2.4 GHz全集成双环路锁相环频率综合器,由主锁相环和参考锁相环环路构成。采用MATLAB和SpectreRF对锁相环系统的相位噪声、锁定时间进行了仿真,得到主锁相环输出频率为在2.4 GHz时,相位噪声为-120 dBc/Hz@1 MHz,功耗为10 mW,电源电压为1.8 V。频率范围为2.4 GHz至2.5 GHz,RMS相位误差为1°,锁定时间为5μs。     

锁相环频率合成器最优环路带宽的选取

锁相环频率合成器环路带宽值的选取直接影响其输出相位噪声。基于此,本文首先介绍了锁相环的基本组成部分,然后分析了晶振、集成锁相芯片和压控振荡器相位噪声对频率合成器环路输出端的噪声影响,从而导出了最优环路带宽计算公式。并且通过基于PE3236芯片的频率合成器的输出相位噪声测量对最优环路带宽公式正确性进行了验证。结果表明:当根据最优环路带宽公式取值时,锁相环频率合成器的输出相位噪声满足实际应用需求。     

一种自适应低相位噪声相参时钟源的设计

通过锁相环电路(PLL),不仅将外部系统提供的具有高频率准确度但相位噪声较差的主时钟信号转化为高频率准确度、低相位噪声的内部时钟信号,同时也满足了内外部系统的相参要求。通过仿真和测试,重点分析了锁相环电路中环路滤波器的环路带宽对输出信号相位噪声的影响。测试结果显示,当环路带宽为100 Hz时,锁相环的输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声与其内部振荡器在此处的相位噪声基本一致;而当环路带宽为500 Hz时,输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声会由于环路影响,相比内部振荡器产生8 dB左右的恶化。设计所得时钟源在输出100 MHz信号时,其相位噪声优于-147 dBc/Hz@1 kHz,相比外部参考时钟信号改善了12 dB,并且其频率准确度可达1×10-9。     

一种UHF频段小数分频频率综合器设计与实现

基于130 nm CMOS工艺设计了一款特高频(UHF)频段的锁相环型小数分频频率综合器.电感电容式压控振荡器(LC VCO)片外调谐电感总值为2 nH时,其输出频率范围为1.06～1.24 GHz,调节调谐电感拓宽了频率输出范围,并利用开关电容阵列减小了压控振荡器的增益.使用电荷泵补偿电流优化了频率综合器的线性度与带内相位噪声.此外对电荷泵进行适当改进,确保了环路的稳定.测试结果表明,通过调节电荷泵补偿电流,频率综合器的带内相位噪声可优化3 dB以上,中心频率为1.12 GHz时,在1 kHz频偏处的带内相位噪声和1 MHz频偏处的带外相位噪声分别为-92.3和-120.9 dBc/Hz.最小频率分辨率为3 Hz,功耗为19.2 mW.     

高速宽带锁相环的相位噪声影响研究

介绍了一种高速宽带锁相环的架构设计和基本原理。设计了双压控振荡器结构,使得锁相环输出时钟信号的频率范围达到6.0~12.5 GHz。基于锁相环的线性模型,从理论上分析了各单元电路的相位噪声对总体输出相位噪声的影响。基于65 nm CMOS工艺,根据各单元电路相位噪声的典型数据,对锁相环的输出相位噪声和等效时钟抖动等参数进行了仿真。结果表明,电荷泵、输入参考时钟、分频器、压控振荡器对整体输出噪声的贡献分别为35.8%、30.3%、18.3%、14.6%,环路滤波器对相位噪声贡献很小。锁相环的整体仿真结果显示,在各种工艺角下,锁相环的输出时钟信号频率均可达到12.5 GHz,高频输出相位噪声带来的时钟抖动均小于1 ps。     

一个自调谐,自适应的1.9GHz分数/整数频率综合器

本文提出了一个具有自调谐,自适应功能的1.9GHz的分数/整数锁相环频率综合器.该频率综合器采用模拟调谐和数字调谐相结合的技术来提高相位噪声性能.自适应环路被用来实现带宽自动调整,可以缩短环路的建立时间.通过打开或者关断 ΣΔ 调制器的输出来实现分数和整数分频两种工作模式,仅用一个可编程计数器实现吞脉冲分频器的功能.采用偏置滤波技术以及差分电感,在片压控振荡器具有很低的相位噪声;通过采用开关电容阵列,该压控振荡器可以工作在1.7GHz~2.1GHz的调谐范围.该频率综合器采用0.18 μ m,1.8V SMIC CMOS工艺实现.SpectreVerilog仿真表明:该频率综合器的环路带宽约为100kHz,在600kHz处的相位噪声优于-123dBc/Hz,具有小于15 μ s的锁定时间.     

一种具有相位噪声跟踪补偿的全数字锁相环频率合成器

为了实现频率合成器中的相位噪声跟踪补偿和降低全数字锁相环的复杂性,本文提出了一种新的基于全数字锁相环的频率合成器。它采用了一种低复杂度的数字鉴频鉴相器和非线性相位/频率判决电路以及数控振荡器,从而显著降低了硬件复杂性。同时结构中采用的非线性相位和频率判决电路能够很好地实现噪声跟踪和快速的相位/频率捕获,数控振荡器能够获得高的频率分辨率(大约6kHz)和大的线性频率调谐范围。通过采用90nm CMOS工艺制造的ADPLL实验结果表明,本文所提出的基于全数字锁相环的频率合成器能够实现从100kHz到6MHz的可控环路带宽和相当好的带内相位噪声跟踪性能。     

带有自适应频率校准单元的26~41 GHz锁相环

采用45 nm SOI CMOS工艺,设计了一种带有自适应频率校准单元的26~41 GHz 锁相环。该锁相环包括输入缓冲器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、高速时钟选通器、分频器和频率数字校准单元。采用了基于双LC-VCO的整数分频锁相环,使用了自适应频率选择的数字校准算法,使得锁相环能在不同参考时钟下自适应地调整工作频率范围。仿真结果表明,该锁相环的输出频率能够连续覆盖26~41 GHz。输出频率为26 GHz时,相位噪声为-103 dBc/Hz@10 MHz,功耗为34.64 mW。输出频率为41 GHz时,相位噪声为-96 dBc/Hz@10 MHz,功耗为35.44 mW。     

一种2.4GHz正交输出频率综合器

介绍了一种用于bluetooth的基于0.35μm CMOS工艺的2.4GHz正交输出频率综合器的设计和实现.采用差分控制正交耦合压控振荡器实现I/Q信号的产生.为了降低应用成本,利用一个二阶环路滤波器以及一个单位增益跨导放大器来代替三阶环路滤波器.频率综合器的相位噪声为-106.15dBc/Hz@1MHz,带内相位噪声小于-70dBc/Hz,3.3V电源下频率综合器的功耗为13.5mA,芯片面积为1.3mm×0.8mm.     

基于级联式偏置锁相环的低相噪宽带频率合成器*

为提高锁相环的相位噪声性能,本文设计了一种级联式偏置锁相环来实现宽带低相噪频率合成器,通过理论分析得到其相位噪声模型,证明了该技术能够有效地降低锁相环路中鉴相器的噪声基底,并且混频交互调产生的所有杂散可由环路滤波器抑制,从而将窄带高频谱纯度信号扩展为宽带高频谱纯度信号。基于该技术提出了2GHz ~5GHz 的低相噪宽带频率合成器方案,并对其相位噪声指标进行了分析。理论与实验结果表明,相比于传统的小数分频式锁相环方案,该方案的带内相位噪声有明显改善。     

一种超宽带超低相位噪声频率综合器

为了解决直接频率合成方法频带拓展困难和锁相频率合成方法相位噪声附加恶化严重的问题,设计了一种联合直接模拟频率合成和锁相频率合成的混频锁相频率综合器. 该频率综合器采用梳谱发生器激励超低相位噪声的偏移信号后,再将该信号插入锁相环进行环内混频,降低鉴相器的倍频次数进而优化输出信号的相位噪声,同时解决了超宽带混频锁相环的错锁问题. 该文设计的频率覆盖范围为12~24 GHz、步进为100 MHz的超宽带频率综合器实验测试表明:频率综合器在低频段12 GHz处相位噪声优于?116 dBc/Hz@1 kHz,在高频段24 GHz处相位噪声优于?109 dBc/Hz@1 kHz,相位噪声指标与直接模拟频率合成方法相当,均优于传统锁相方法20 dB以上. 本文混合频率合成方法具有超宽带和超低相位噪声的优点,可以用于高性能的电子设备和系统.     

Design of 3 mm Band Hopping Frequency Synthesizer

With the combination of the technique of PLL, DDS and multiplier, a 3 mm band hopping frequency synthesizer with high frequency stability and low phase noise has been presented, which is characterized by nice performances. The design includes an X-band hopping frequency source, which is the LO for millimeter-wave harmonic mixing. Once the interim frequency being locked by the phase-locked loop, the corresponding 3 mm hopping frequency would be locked. Measurement result shows that the output frequency is 93.24～93.748 GHz, the bandwidth is 508 MHz, the stepping frequency is 4 MHz, and the phase noise is about -82dBc/Hz at 10 kHz offset.     

具有自校准压控振荡器和精确自动频率校准算法的低噪声频率合成器

A low noise phase locked loop （PLL） frequency synthesizer implemented in 65 nm CMOS technology is introduced. A VCO noise reduction method suited for short channel design is proposed to minimize PLL output phase noise. A self-calibrated voltage controlled oscillator is proposed in cooperation with the automatic frequency calibration circuit, whose accurate binary search algorithm helps reduce the VCO tuning curve coverage, which reduces the VCO noise contribution at PLL output phase noise. A low noise, charge pump is also introduced to extend the tuning voltage range of the proposed VCO, which further reduces its phase noise contribution. The frequency synthesizer generates 9.75-11.5 GHz high frequency wide band local oscillator （LO） carriers. Tested 11.5 GHz LO bears a phase noise of-104 dBc/Hz at 1 MHz frequency offset. The total power dissipation of the proposed frequency synthesizer is 48 mW. The area of the proposed frequency synthesizer is 0.3 mm^2, including bias circuits and buffers.     

Wideband Frequency Synthesizer at X/Ku Band by Mixing and Phase Locking of Half Frequency Output of VCO

A wideband low phase noise frequency synthesizer at X/Ku band has been developed by using phase locking and mixing technique at half frequency of voltage controlled oscillator (VCO). The half frequency output signal of the VCO is down converted by a balanced mixer at C band to obtain an intermediate frequency (IF) signal used for phase locking of the VCO. An ultra low phase noise local signal source at 6 GHz is developed with a frequency multiplying chain driven by a 100 MHz oven controlled crystal oscillator (OCXO). Coupling circuit outside the VCO chip to the mixer does not need to be specially designed, which is beneficial to simplify the circuit scheme and improve the phase noise performance. Measurement results show that the phase noise of the output signal at 10.6 GHz to 11.8 GHz and 12.3 GHz to 13.0 GHz is better than −102 dBc/Hz at 10 kHz away form the carrier center. This frequency synthesizer can be used as local signal source or driving source for the development of wideband millimeter-wave frequency synthesizer systems.     

微波本振源噪声分析

微波本振源在微波转发设备中是一个关键部件,在现代转发设备中采用大规模单片锁相式频率合成作为本振源,其输出谱线相位噪声直接影响到微波转发设备的输出谱线质量。文中对微波本振源相位噪声进行了描述及对它的几种相位噪声特点进行了分析,并得出微波本振源环路总相位噪声功率谱密度表达式以及锁相环的环路带宽选择原则。     

一种宽带低相噪频率合成器的设计方法研究

提出了一种宽带低相噪频率合成器的设计方法.采用了数字锁相技术,该锁相技术主要由锁相环（phase locked loop,PLL）芯片、有源环路滤波器、宽带压控振荡器和外置宽带分频器等构成,实现了10~20 GHz范围内任意频率输出,具有输出频率宽、相位噪声低、集成度高、功耗低和成本低等优点.最后对该PLL电路杂散抑制和相位噪声的指标进行了测试,测试结果表明该PLL输出10 GHz时相位噪声优于-109 dBc/Hz@1 kHz,该指标与直接式频率合成器实现的指标相当.     

用于卫星电视调谐器的整数频率综合器设计

设计了一个用于模拟卫星电视调谐器的整数频率综合器.锁相环本振输出频率范围覆盖1.25GHz到2.8GHz,参考频率可配置为62.5kHz或31.25kHz.环路滤波器采用三阶有源滤波器,环路带宽为1kHz.电荷泵输出电流可配置为50μA或250μA.压控振荡器(VCO)采用差分反馈型结构,在偏离中心频率10kHz处的相位噪声小于-76dBc/Hz.分频器采用脉冲吞咽型结构,有15位控制位.P计数器从输入到输出只经过两个触发器和一个逻辑门,能有效减少由多级异步分频器产生的相位噪声.电荷泵充放电电流的不匹配会恶化参考杂散,这里引入了对电流过冲不匹配的考虑,在鉴频鉴相器(PFD)和电荷泵中加入了减少充放电电流过冲的措施.电路采用0.18μm RFCMOS工艺实现,面积1.3mm*1.5mm.     

低相位噪声微波振荡器设计

针对Ka和Ku波段上、下变频装置对微波振荡器低相位噪声和小型化的要求,该文采用单环锁相式频率合成技术完成了微波振荡器的设计,并对锁相环的相位噪声进行了理论计算。分析了鉴相频率、鉴相器灵敏度和环路带宽对锁相环输出相位噪声的影响,根据分析结果对微波振荡器电路参数合理选择,同时兼顾了低相位噪声与小型化的设计要求。测试结果表明,振荡器的相位噪声指标与理论计算一致,各项指标均达到要求,可满足实际工程应用。